ローザンヌ専門学校による新しい 3D 視覚化により、トカマクと呼ばれるドーナツ型の容器内で核融合がどのように起こるかを見ることができるようになりました。
核融合とは何ですか？そしてなぜ重要なのですか？
核融合は、太陽のような恒星にエネルギーを与える反応です。2つの軽い原子核が融合して1つの重い原子核を形成し、その過程で膨大なエネルギーが放出されます。
もし人類が、関連機器の起動に必要なエネルギーを含め、実質的なエネルギー増加をもたらす核融合反応を触媒できれば、信頼性の高いゼロカーボンエネルギー源の始まりとなる可能性があります。エンジニアによる核融合エネルギーの探求について詳しくは、こちらをご覧ください。
核融合は様々な方法で行われます。レーザーを用いる方法もあれば、過熱プラズマを利用する方法もあります。後者はトカマクと呼ばれるドーナツ型の容器で行われ、物理学者は磁場を用いてプラズマを制御できます。世界最大のトカマクは現在、南フランスで建設中です。
これらの視覚化とは何ですか? 何を示していますか?
核融合の可視化において、EPFL（連邦工科大学ローザンヌ校）実験博物館学研究所は、トカマクシミュレーションとプラズマ試験から得られたテラバイト単位のデータを3D可視化し、粒子がトロイダルチャンバー内をどのように移動するかを示しました。トカマク内部は、EPFLの可変構成トカマク（TCV）内部のスキャン画像からレンダリングされた、TCVの正確なレプリカです。
「たった一枚の画像を生成するために、システムは片方の目につき、毎秒60回の速度で数千個の移動粒子の軌跡を計算する必要があります」と、同研究所のコンピューター科学者であるサミー・マンナン氏はEPFLの発表で述べています。「TCVの試験運転中は極めて高温にさらされる原子炉壁のグラファイトタイルの摩耗や損傷まで捉えることができました。」
トカマク内のグラファイトタイルは華氏1億8000万度（摂氏1億度）を超える高温に耐える必要があり、この可視化図ではその様子が忠実に再現されています。電子は赤、陽子は緑、トカマクの磁場は青で示されています。
「可視化プロセスの背後にある物理学は非常に複雑です」と、EPFLスイスプラズマセンターの新所長パオロ・リッチ氏は同じリリースで述べています。「トカマクには、不均一な挙動を示す粒子、磁場、プラズマを加熱する波、外部から注入される粒子、ガスなど、様々な可動部品があります。物理学者でさえ、これらすべてを整理するのは困難です。」
核融合エネルギーの未来は明るい。そして、トカマクの内部構造を鮮明に映し出すこれらの画像によって、その未来は文字通りさらに明るくなる。
